Voß, Kerstin: Beitrag zur skalenabhängigen Erfassung teilschlagspezifischer Pflanzenschäden mit Methoden der Fernerkundung und Geoinformation. - Bonn, 2005. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-05169
@phdthesis{handle:20.500.11811/2267,
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-05169,
author = {{Kerstin Voß}},
title = {Beitrag zur skalenabhängigen Erfassung teilschlagspezifischer Pflanzenschäden mit Methoden der Fernerkundung und Geoinformation},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2005,
note = {In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der räumlichen Auflösung von Fernerkundungsdaten auf die Erkennbarkeit und die Erfassung von teilschlagspezifischen Pflanzenschäden analysiert. Das Ziel ist es, über eine empirisch-statistische Analyse die Frage nach der benötigten räumlichen Auflösung zur Erfassung von teilschlagspezifischen Pflanzenschäden zu beantworten. Die Herangehensweise erfolgt über einen induktiven Ansatz am Beispiel eines charakteristischen „Patchwork“-Musters von vitalen und geschädigtem Weizenparzellen. Die Winterweizenversuche wurden in den Vegetationsperioden 2001/2002 und 2002/2003 in der Niederrheinischen Bucht auf den Versuchsgütern der Universität Bonn „Dikopshof“ und „Klein Altendorf“ angelegt. Diese Versuche wurden so konzipiert, dass neben gesunden und vitalen Bereichen auch Teilflächen mit unterschiedlichen Schädigungen, abiotischem und biotischem Stress, existierten. Die Datengrundlage der Analyse stellt ein räumlich hochauflösendes Satellitenbild des Satelliten QuickBird-2 dar. Dieses Bild wurde am 25.06.2002 aufgenommen. Während das multispektrale Bild über eine räumliche Auflösung von 2,8 m verfügt, besitzt das panchromatische Bild eine räumliche Auflösung von 0,7 m. Aus diesem hochauflösenden Satellitenbild können teilschlagspezifische Pflanzenschäden aufgrund des geänderten spektralen Verhaltens digital sehr gut erfasst werden. Das Beispiel des Winterweizenversuchs verdeutlicht, dass zwischen einem abiotischen Stress (Stickstoffmangel) und einem biotischen Stress (Pilzbefall) seht gut unterschieden werden kann.
Zur Bewertung des Einflusses der räumlichen Auflösung auf die Erfassung von teilschlagspezifischen Pflanzenschäden werden auf der Grundlage des hochauflösenden QuickBird-2 Bildes Bilddaten mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung zwischen 1 m und 30 m generiert. Die Berechnung dieser Datensätze erfolgt über das Resampling-Verfahren „Cubic Convolution“. Es wird gezeigt, dass mit der Abnahme der räumlichen Auflösung ein Informationsverlust einhergeht. Mit der Verringerung der räumlichen Auflösung wird ein Schwellenwert erreicht, ab dem die räumliche Heterogenität des landwirtschaftlichen Schlages nicht mehr ausreichend erfasst werden kann. Empirisch kann dieser Schwellenwert über die Veränderung der Werte verschiedener Landschaftsstrukturmaße ermittelt werden. Aus den Analysen der Landschaftsstrukturmaße geht hervor, dass der ermittelte Schwellenwert von der gewählten Klassifikationsmethode abhängig ist. Während zur Erfassung der teilschlagspezifischen Pflanzenschäden des Winterweizenversuchs über den traditionellen Klassifikationsansatz der „Maximum Likelihood Klassifikation“ eine räumliche Auflösung von mindestens 6 m benötigt wird, können die teilschlagspezifischen Pflanzenschäden über den Algorithmus der „Subpixelklassifikation“ aus Fernerkundungsdaten mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 9 m erfasst werden. Die empirisch abgeleiteten Schwellenwerte werden über eine Diskriminanzanalyse statistisch überprüft und abgesichert. Im Anschluss wird eine mögliche Übertragbarkeit der angewandten Methode anhand zwei Zuckerrübenschläge überprüft. Die Datengrundlage bildet hier ein Color-Infrarot-Luftbild mit einer räumlichen Auflösung von 0,7 m. Aus diesem hochauflösenden Luftbild wurden ebenfalls über das Resamplingverfahren „Cubic Convolution“ Daten mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung zwischen 1 m und 30 m berechnet. Der Vergleich der Ergebnisse für die Zuckerrübenflächen mit den Ergebnissen der Weizenfläche verdeutlicht, dass die erforderliche räumliche Auflösung zum einem von der mittleren Größe der Schadpatches abhängig ist. Zum anderen hat die Streuung der Größe der Schadpatches um den Mittelwert einen entscheidenden Einfluss auf die benötigte räumliche Auflösung. Infolgedessen zeigen die Ergebnisse, dass eine generelle Aussage über die benötigte räumliche Auflösung zur Erfassung von teilschlagsspezifischen Pflanzenschäden nicht möglich ist, da die Höhe des Schwellenwerts stark von der Streuung der Größe der Schadpatches um den Mittelwert beeinflusst wird. Über die mittlere Größe der teilschlagspezifischen Pflanzenschäden ist jedoch eine hilfreiche Eingrenzung der benötigten räumlichen Auflösung möglich.
Insgesamt verdeutlichen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit, dass, aufgrund der kleinräumigen Inhomogenitäten teilschlagspezifischer Pflanzenschäden, die Erfassung hohe Anforderungen an die Fernerkundung stellt. Entsprechend werden zur Erfassung teilschlagspezifischer Pflanzenschäden extrem hohe räumliche Auflösungen benötigt. Diese extrem hohen Auflösungen werden heute nur von wenigen Satellitensystemen (z.B. IKONOS, QuickBird-2) erreicht. Allerdings liegt der Nachteil dieser Systeme in den sehr kleinen Aufnahmefenstern und in den für die Nutzung innerhalb der landwirtschaftlichen Produktion zu hohen Kosten. Der für 2006/2007 geplante Satellit RapidEye weist diese Nachteile nicht mehr auf, da er bei geringeren Kosten über ein sehr breites Aufnahmefenster von 80 km Breite und 1500 km Länge, eine hohe zeitliche Auflösung mit einer Wiederholrate von einem Tag verfügen wird. Die räumliche Auflösung dieses Satelliten beträgt 6,5 m. Somit können teilschlagspezifische Pflanzenschäden in einer Größenordung, wie sie in dieser Arbeit analysiert werden, mit RapidEye sehr gut erfasst werden. Dementsprechend wird RapidEye aufgrund seiner hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung in Zukunft einen wichtigen Beitrag bei der fernerkundlich gestützten Erkennung von teilschlagspezifischen Pflanzenschäden leisten können.},

url = {http://hdl.handle.net/20.500.11811/2267}
}

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